SiC spojený reakčným spájaním – optimálny výkon v extrémnych podmienkach

Reakčne viazaný SiC (RBSC) je hustý keramický materiál zložený z karbidu kremíka a uhlíkových častíc. Vypálenie spôsobuje len minimálne zmeny jeho rozmerov, čo umožňuje výrobu s takmer konečným tvarom bez dodatočných nákladov na obrábanie po vypálení.

Zistilo sa, že pórovité štruktúry RBSC závisia od viacerých kľúčových premenných súvisiacich so stupňom grafitizácie, veľkosťou a morfológiou zdrojov uhlíka; ich vplyv na reaktivitu uhlíka voči roztavenému kremíku bol obrovský.

Vysoká pevnosť

Karbid kremíka je mimoriadne pevný a tuhý materiál, ktorý dokáže odolávať vysokým zaťaženiam bez narušenia svojej konštrukčnej integrity. Vďaka nízkej hustote a vysokej špecifickej tuhosti je karbid kremíka vyhľadávaným materiálom v situáciách, ako sú napríklad vesmírne teleskopy, kde je potrebné zohľadňovať hmotnostné obmedzenia.

Vďaka svojej chemickej inertnosti je RB SiC ideálny pre použitie v prostrediach, kde prichádza do styku s agresívnymi chemikáliami. Okrem toho je vďaka svojej odolnosti voči teplotným šokom schopný odolávať náhlym zmenám podmienok okolia.

S cieľom zvýšiť ohybovú pevnosť a modul pružnosti materiálu RB SiC sme skúmali, ako rôzny obsah uhlíka ovplyvňuje jeho mikrostruktúru. Využitím kompozitného roztoku prekurzorov PF a FA sme dokázali regulovať nielen obsah, ale aj kryštalickosť uhlíka v našej poréznej predforme, čím sme získali materiál RB SiC s vyššími hodnotami ohybovej pevnosti a modulu pružnosti.

Vysoká tepelná vodivosť

SiC má vysokú tepelnú vodivosť s hodnotou približne 300 W/mK, vďaka čomu je RBSC vynikajúcou voľbou pre aplikácie, ktoré vyžadujú vysokú teplotnú odolnosť.

Materiál RBSC sa vyznačuje vynikajúcou odolnosťou voči abrazívnemu a erozívnemu opotrebeniu, vďaka čomu je ideálny pre náročné priemyselné prostredia. Okrem toho jeho nízky koeficient tepelnej rozťažnosti umožňuje rýchle kolísanie teploty bez ohrozenia konštrukčnej integrity.

Rozdelenie veľkosti častíc suroviny použitej pri výrobe predforiem z RBSC má obrovský vplyv na ich mikrostruktúru a fyzikálne vlastnosti, ako sú hodnoty ohybovej pevnosti a modulu pružnosti. Zvýšenie obsahu sadzí vedie k zlepšeniu mikrostruktúry, čo sa prejavuje vyššími hodnotami ohybovej pevnosti a modulu pružnosti v hotových výrobkoch s lepšou mikrostruktúrou.

Rozťažnosť pri nízkych teplotách

Reakčne viazaný SiC ponúka riešenia pre aplikácie, ktoré vyžadujú odolnosť voči vysokým teplotám a vynikajúcu tepelnú rozťažnosť, čo sa dosahuje použitím sadzí a mikrosférického grafitu v procese jeho výroby. Zloženie, štruktúra a vlastnosti reakčne viazaného SiC sa líšia v závislosti od obsahu uhlíka, jeho pomeru, morfológie a formy použitých zdrojov uhlíka.

Reakčné spájanie predstavuje účinnú metódu výroby keramických materiálov, ako sú žiaruvzdorné materiály, porézne filtračné telesá a diely odolné proti opotrebeniu, napríklad mechanické tesnenia a ložiská.

RB SiC je mimoriadne odolný a spoľahlivý materiál, ktorý vyniká v rôznych prostrediach. Vďaka nízkej miere tepelnej rozťažnosti je tento materiál ideálny pre aplikácie vyžadujúce presnú rozmerovú stabilitu, ako sú čerpadlá, ložiská a škrtiace ventily na reguláciu prietoku. Okrem toho sa tento univerzálny materiál dá použiť aj na výrobu komponentov pre zariadenia na výrobu polovodičov, napríklad komponentov na manipuláciu s doštičkami.

Nízke trenie

Reakčne viazaný karbid kremíka (RBSC) je univerzálny keramický materiál, z ktorého je možné vytvárať zložité tvary pre profesionálne a priemyselné účely. RBSC sa vyznačuje vynikajúcou odolnosťou proti opotrebeniu s nízkym koeficientom rozťažnosti, odolnosťou proti korózii, ako aj vynikajúcimi elektrickými vlastnosťami.

RBSC sa vyrába infiltráciou poréznych predforiem z karbidu kremíka tekutým kremíkom. Výsledkom je keramika s nepropustnou štruktúrou, odolná voči stredne žieravým a kyslým kvapalinám, ako aj ľahkým uhľovodíkom. Okrem toho jeho nepropustné zloženie a povrchová štruktúra znižujú trenie, čím sa predlžuje životnosť komponentov, a vďaka svojej nízkej hmotnosti a tuhosti je vhodný pre vesmírne teleskopy, kde platia obmedzenia hmotnosti užitočného zaťaženia; jeho povrch s vysokou rozmerovou stabilitou predstavuje ďalšiu pridanú hodnotu.

Vysoká chemická odolnosť

SiC spojený reakčnou väzbou je vysoko odolný voči chemickej korózii, vďaka čomu je ideálny pre prostredia, v ktorých sa používajú korozívne materiály. Okrem toho mu nízka tepelná rozťažnosť a pevnosť umožňujú odolávať extrémnym teplotám.

Pri výrobe metódou reakčného spájania sa roztavený kremík vstrekuje do porézneho uhlíkového materiálu, ktorý je tvarovaný do podoby požadovaného dielu, kde následne reaguje s molekulami uhlíka a vytvára karbid kremíka.

Výskumom sa potvrdilo, že pevnosť v ohybe, modul pružnosti a pórovitosť keramických materiálov RBSC závisia od obsahu a pomeru zdrojového materiálu uhlíka. Dosiahnutie primeranej gradácie tak z hľadiska zdroja uhlíka, ako aj morfológie výrazne zlepšuje vlastnosti; tým sa zabezpečuje rovnomerné rozloženie voľných častíc SiC v hustou mikrostruktúre a vynikajúce vlastnosti konečných výrobkov.